Плотномер Советский патент 1984 года по МПК G01N9/22 

Изобретение относится к измерительной технике и может быть использовано для измерения плотности жидкостей во всех отраслях народного хозяйств, например для контроля пло ности агрессивных жидкостей и пульп ,в горнодобьюающей, химической и пищевой промьпапенности. Известен плотномер, содержащий сосуд с размещенным в нем поплавком, полностью погр-уженным в измеряемую жидкость. На поплавке закреплен постоянный магнит, находящийся в поле соленоида, обеспечивающем поплавку силу удержания, наиболее близ1 ую к выталкивающей силе, действующей на поплавок при данной плотности жидкости. Роль датчика положения поплав ка играет ферритовый сердечник, закрепленный на поплавке и находящийся в поле катушки индукционного датчика, первичная обмотка которого запитана с выхода генератор а высокой частоты, а сигнал, снимаемьй с вторичной обмотки, преобразуется в вели чину, пропорциональную плотности измеряемой жидкости СиНедостатком данного плотномера яв ляется сложность конструкции, узкий диапазон измерения плотности контролируемых сред и трудность измерения плотности абразивных жидкостей, например пульпы, так как частички твердого, осаждаясь, засоряют сосуд в котором размещен поплавок, что при водит к ошибкам в измерениях. Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является плотномер, содержащий сосуд для исследуемо 1: среды и опущенный в нее магнитный поплавок, датчик положения поплавка, устройство удержания поплавка и преобразователь сигнала. Устройство удержания выполнено в ви де упругого элемента, например плас тинчатой пружины, удерживающей отно сительно корпуса поплавок избыточно плавучести. Кроме того, имеются катушки силовой компенсации и магнит термокомпенсации, закрепленные отно сительно корпуса плотномера. Датчик положения поплавка представляет собой высокочастотную катушку в диэле рическом слое, помещенную в один ко жух с катушкой силовой компенса- . , Недостатком этого устройства явл ется сложность конст)укции, узкий диапазон измеряемых плотностей, обу . 8 словленный выбором коэффициента упругости плоской пружины и веса поплавка, у которого должна быть избыточная плавучесть в данной жидкой среде, а также невозможность измерения абразивных жидкостей, например пульпы, так как частички твердого, осаждаясь на плоскую пружину, меняют ее модуль упругости, а осаждаясь на кожух с высокочастотной катушкой и катушкой силовой компенсации, меняют их добротность, что ведет к ошибкам в измерениях. Цель изобретения - упрощение плотномера и расширение диапазона измеряемых плотностей. Поставленная цель достигается тем, что в плотномере, содержащем сосуд для исследуемой среды и опущенный в него магнитный поплавок, датчик положения поплавка, устройство удержания поплавка и преобразователь сигнала, датчик положения поплавка и устройство удержания поплавка совмещены и выполнены в виде катушки индуктивности, подключенной к источнику переменного напряжения и преобразователю сигнала, а поплавок по крайней мере с одной стороны снабжей хвостовиком для его фиксации на катушке. На чертеже изображен предлагаемый плотномер. В емкость V с контролируемой средой 2 погружена индуктивная катушка 3, по которой пропущен переменный ток от источника 4 питания. Б магнитном поле индуктивной катушки 3 подвешен сплошной или полый магнитный поплавок 5. Последовательно с индуктивной катутко 3 и источником 4 питания включен преобразователь сигнала, содержащий разделительный трансформатор 6, вьшрямитель 7, источник 8 опорного напряжения, усилитель 9, .нормирующий преобразователь 10 и блоки 11 и 12 регулировки начала и конца измеряемого диапазона. Нормированный сигнал с преобразователя 10 подается на peгиQTpaтop 13. Магнитный поппавок и индуктивная катушка покрыты стойким немагнитным диэлектриком 14. Индуктивная катушка 3 закреплена относительно емкости 1 с помощью держателя 15. Магнитный поплавок 5 снабжен по крайней мере с одной стороны хвостовиком 16, имекящм, например, Т-образную или V-образную форму. Плотномер работает следуницим образом. 3 На поплавок 5, погруженный в изме ряемую среду и свободно подвешенный в магнитном поле индуктивной катушки 3, действуют одновременно различные силы. В состоянии равновесия уравнение сил, действующих на поплавок 5 в вертикальном направлении, выглядит следующим образом: , где Р - вес поплавка; F - выталкивающая сила (сила Архимеда); Fj - сила, действующая на поплавок со стороны индуктивной катушки (втягивающая сила) F - сила, обусловленная неоднородностью магнитного поля индуктивной катушки и напра ленная в сторону сильного поля. При этом Р ЧГп где V - объем поплавка; g - ускорение свободного падени -yi- - плотность поплавка, . является величиной постоянной. Сила , гДб Y плотность контролируемой среды, прямо пропорциональна плотности измеряемой сред Сила F , зависящая от индуктивно :ТИ катушки и формы поплавка, постоянна. Сила р р cJH с92 где Р. - постоянный магнитный моме поплавка в вертикальном н правлении; напряженность магнитного поля индуктивной катушки градиент магнитного поля индуктивной катушки в вер тикальном направлении, пр мо пропоррщональный току через индуктивную катушку Следовательно V,,.F2. /или с учетом того, что О -lf 1Д2 где Т - действующее значение тока через индуктивную катушку К - коэффициент пропорциональ ности,I имеем, что плотность равна -, Т- v 58 Таким образом, ток, проходящий через индуктивную катушку и преобразователь сигнала, является мерой плотности контролируемой среды, причем ток зависит от плотности линейно. При любом изменении плотности контролируемой среды соответственноизменяется ток через преобразователь сигнала и на выходе устройства появляется нормированр1ый ток, соответст-вующий новой плотности. За счет совмещения датчика положения поплавка и устройства удержания, выполненного в виде индуктивной катушки, отсутствует необходимость градуировки относительно датчикаположения хода поплавка, который должен выбираться . исходя из условий приближения сред- , ней плотности измеряемых сред и удельного веса поплавка. Таким образом, данный плотномер имеет практически неограниченный диапазон измеряемых сред, а поплаЬок может быть как тонущим, так и всш1ываю1цим, если плотность контролируемой жидкости больше удельного веса поплавка. В зависимости от плотности измеряемой среды поплавок может втягивать- ся в индуктивную катушку как снизу, сверху. При этом в начальный;; момент (до вклкрчения источника .питания), поплавок покоится в подвешенном состоянии, опираясь на катушку хвостовиком сверху или снизу в, зависимости от плотности измеряемой среды. При включении источника питания поплавок втягивается до положения, соответствующего определенной плотности, и-на выходе устройства появляется нормированный сигнал, соотнесенный к этой плотности. При исчезновении тока в цепи поплавок опять фиксируется на катушке индуктивности хвостовиком. Хвостовиков может быть два, расположенных в противоположных концах поплавка, что позволяет измерять одним плотномером весь диапазон плотностей. Максимальный размер катушки индуктивности по высоте ограничивается так, чтобы внутри ее не возникало однородного магнитного поля, тогда в связи с тем, что оно максимально по вертикальной оси катушки, поплавок занимает устойчивое вертикальное положение. Минимальный размер катушки по выtore выбирается так, чтобы поплавок не болтало потоксж измеряемой среды. Диаметр отверстия в катушке выбирается таким, чтобы в него свободно проходил поплавок и любые частицы твердого, находящиеся в измеряемой среде но не проходил хвостовик, закрепленный на поплавке. Поскольку индуктивная катушка и поплавок находятся в потоке измеряемой среды и полностью погружены в нее, эта среда осуществляет и теплоотвод от них, а омывая, она их очищает. Так как поплавок механически не связан с индуктивной катушкой, то частицы твердого из потока не застревают между ними, а, отталкивая поплавок в сторону, проходят, после чего поплавок возвращается в исходное положение. Эти колебания демпфируются электронной схемой. Стойкий немагнитный диэлектрик, покрывающий поплавок и катушку индуктивности, защищает их от истирания абразивной средой и от коротких замыканий в катушке. Наличие нормирующего преобразователя в системе позволяет вырабатывать на выходе плотномера стандартный сигнал, например 0-5 мА, что дает возможность использовать плотномер в любых системах регулирования и контроля. .. Градуировка плотномера осуществля ется путем погружения индуктивной ка тушки с поплавком в среде с известной плотностью и подстройкой выходного тока нормирующего преобразователя с помощью блоков регулировки начала и конца измеряемого диапазона. Модель плотномера испытывают для непрерывного измерения плотности пульпы апатитового концентрата, которая колеблется в пределах 1,3-1,8 г/см В качестве поплавка используется сплошная болванка из электротехнической стали с плотностью л/8 г/см . Градуировка производится с помощью растворов серной кислоты с известной плотностью. Через индуктивную катушку пропускают переменный ток от источника напряжения 220 В, 50 Гц. В качестве вторичного прибора используют стандартный самопишущий прибор с унифицированным входом 0-5 мА. ИспыТания показали высокую точность измерений и надежность в эксплуатации. Плотномер не забивается пульпой и щепой и не нарушает потока. Устанавливают плотномер на сливе классификатора шаровой мельницы. Совмещение функций датчика положе ния поплавка и устройства удержания позволяет упростить конструкцию плот номера, что приводит V повьш1ению его эксплуата1щонной надежности.

ПЛОТНОМЕР, содержащий сосуд для исследуемой среды и опущенный в него магнитный поплавок, датчик положения поплавка, устройство удержания поплавка и преобразователь сигнала, отличающийся тем, что, с целью упрощения плотномера и расширения диапазона измеряемых плотностей, датчик положения поплавка и устройство удержания поплавка совмещены и выполнены в виде катушки индуктивности, подключенной к источнику переменного напряжения и преобразователю сигнала, а поплавок по крайней мере с одной стороны снабжен хвостовиком для его фиксации на катушке.